淺埋暗挖地鐵車站施工技術

李桂林

【摘 要】本文主要對地鐵工程淺埋暗挖法地鐵施工技術進行概述，分析了地鐵淺埋暗挖的施工技術應用、施工安全風險分析及措施、淺埋暗挖法隧道施工地面沉降控制措施等方面進行了研究。

【關鍵詞】地鐵車站；淺埋暗挖法；施工

一、淺埋暗挖法的工作原理

L.V.Rab–cewiz教授（奧地利專家）在1965年提出了新奧法，這種方法的核心是讓圍巖本身形成一個支承環(huán)。基于新奧法的基本原理，淺埋暗挖法的施工控制要點是“勤量測、早封閉、強支護、短進尺、管超前、嚴注漿”。淺埋暗挖法的核心是將圍巖本身形成支承環(huán)，然后再施行超前支護，將部分圍巖的自承能力調(diào)動起來，避免地基沉降。淺埋暗挖法的開挖方式有雙側(cè)壁導洞法、中隔墻法、單側(cè)壁導洞法、正臺階法等。應該基于周圍環(huán)境條件、隧道斷面構成、地質(zhì)條件等來選擇適宜的施工方法。

二、地鐵淺埋暗挖的施工技術要點

1、大管棚超前支護施工

大管棚超前支護是一種在不對地表進行破壞的前提下來鋪設地下管線的技術，它以一定的外插角在擬開挖地鐵隧道的外輪廓周邊上鉆孔，將慣性矩大的鋼管以一定的間距進行安裝，然后再注漿固結。它的工作原理是：①為了讓拱頂形成加固的保護環(huán)，應該施行管棚注漿。②若超前管棚在沿隧道開挖輪廓周邊位置較密，那么必然會大幅度降低隧道支護結構所承受的上部荷載。施工工序：開挖支護的掌子面→搭建鉆孔的平臺→安裝鉆機→施行安裝管棚鋼管→鉆注漿孔→驗孔→注漿操作→結束。大管棚超前支護往往具有較為明顯的作用，能夠?qū)﹂_挖區(qū)域的巖土體起到加固作用，也能夠?qū)﹂_挖過程中出現(xiàn)的地表位移、地表應力進行有效控制。

2、全斷面帷幕注漿施工

2.1注漿孔成孔。各注漿孔的長度、角度、精確位置可由設計來進行計算，施作注漿孔的順序應為：先外后內(nèi)、先上后下，一個注漿孔完成后，那么就要在第一時間內(nèi)退出鉆機，然后再安裝注漿管，緊接著二次封閉工作面后再注漿。

2.2注漿。后退式分段注漿是最為常見的注漿方式，每完成一次退式分段注漿之前，都要填充加固所有注漿管。為了防止在注漿時出現(xiàn)隆起、裂紋，還應該封閉處理工作面（施行網(wǎng)噴混凝土）。

3、隧道開挖支護施工方

在地鐵車站施工前，務必要對施工區(qū)域內(nèi)的地下管線和地質(zhì)情況進行詳細探測，確定地下管線是否存在著障礙物，以及其精確位置，這樣一來，能夠避免對地下管線造成破壞。同時，隧道開挖支護施工時，務必要基于中導坑法組織施工，施工次序是：將雙向隧道的中導洞開挖及支護→隧道中隔墻→將中導坑橫撐予以恢復→對兩側(cè)導洞進行開挖及支護→兩側(cè)導洞二襯施工。

三、淺埋暗挖地鐵車站施工技術應用

1、工程概況

某地鐵五號線某車站為一座淺埋單拱大跨的暗挖車站，位于交叉路口地下，呈南北向。附近地面重要建筑物密集，地下管線多，道路交通繁忙。車站隧道穿越的地層為第四紀地層，以粘土、粉土、砂及礫石層為主。地下水主要有上層滯水、潛水和承壓水。隧道基本在潛水中，部分隧道已經(jīng)進入承壓水。車站有效站臺中心里程K3+000，起點里程K2+931.1～K3+099.1，長168m，為雙層暗挖島式車站，在東南、東北各設有一組風亭、風道。車站為暗挖車站，風井、風道作為施工用的豎井和通道。采用復合襯砌結構型式，頂梁、底梁為鋼筋混凝土結構，立柱為鋼管柱。隧道斷面尺寸為24.2m@16m（寬@高）。中洞法施工，其中中洞采用交叉中隔壁法施工。在中洞形成后，由下至上施做底板、底梁，然后施工立柱，后澆筑頂梁、頂板。側(cè)洞采用臺階法由上至下開挖而成。施工過程中在拱部打設鋼管棚，管棚間插小導管，并注漿以保證拱部穩(wěn)定。

2、大跨度暗挖地鐵車站施工技術方法的內(nèi)容

2.1車站施工方案

地鐵車站采用暗挖法施工，由于隧道跨度大、結構斷面復雜、覆土淺、地層自穩(wěn)能力差及處于地下水與承壓水地層內(nèi)，因此保證車站開挖支護過程中的結構穩(wěn)定、控制降水達到污水施工、最大限度控制變形、保護臨近建筑的安全等要求。

2.2主要施工工藝及施工方法

本站設計為單拱單柱，開挖跨度22.6m，高度16.3m，首先利用車站兩端結合部作為工作室，采用水平定向鉆機施作長146m、114mm的超長管棚作為超前支護，然后采用中洞法施工，即：先將大斷面縱向分成左、中、右3個洞室，每個洞室的跨度均為7.5m，再將3個洞室橫向從上至下分成4個小洞，每個小洞的高度約4m，共12塊（12個小洞）進行施工；開挖在拱部114@5@30cm長146m的管棚支護下進行；先從上至下開挖中洞內(nèi)4個小洞至作業(yè)口劃分里程，然后在中洞內(nèi)分段分層拆除臨時橫隔壁，施作底梁、中梁、頂梁及鋼管砼中柱；再對稱開挖左、右兩個側(cè)洞至設計標高和作業(yè)口劃分里程，在側(cè)洞內(nèi)分段分層拆除臨時鋼支撐，施作仰供及側(cè)邊墻、中板、兩側(cè)拱部二襯；最后施作站臺層及附屬結構。

3、施工方法及技術措施

3.1Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ區(qū)小洞施工。在拱部超前長管棚的支護下，按0.5m步長環(huán)形開挖Ⅰ區(qū)土體，安設拱頂格柵鋼架，安裝縱向連接筋和鋼筋網(wǎng)，噴射C20砼，安裝I25a鋼架隔壁，噴砼封閉開挖面，安裝臨時仰拱鋼架（連接筋、鋼筋網(wǎng)），噴C20砼，確保Ⅰ區(qū)開挖后形成封閉成環(huán)結構。再往下施做Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)小導洞。如圖1所示。

3.2中洞內(nèi)部分主體結構施工。當Ⅰ～Ⅳ區(qū)土體開挖至南北劃分長度84.0m后，作底梁及部分仰拱，然后分段拆除Ⅱ、Ⅲ區(qū)影響鋼管柱安設的部分臨時支撐，作下層砼鋼管柱；最后分段拆除Ⅰ區(qū)影響鋼管柱安設的部分臨時支撐，作上層砼鋼管中柱和頂梁及部分拱頂。如圖1（2）所示。

3.3對稱施工兩側(cè)Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ區(qū)小洞。在拱部超前長管棚的支護下，先恢復中洞內(nèi)水平鋼支撐，對稱開挖Ⅴ區(qū)土體；及時施作拱部初期支護并與Ⅰ區(qū)初期支護連接，安設I25a型鋼鋼架，使之與Ⅰ區(qū)中隔壁牢固連接，噴射C20砼，形成臨時仰拱，確保Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ區(qū)小洞形成環(huán)向封閉結構。并逐步拆除臨時支撐做二襯。如圖1（3）所示。

3.4站臺層及附屬結構施工。在成形的主洞內(nèi)施作站臺層及附屬結構。如圖1（4）所示。

4、頂梁及部分拱頂鋼筋砼施工方法及技術措施

車站主體結構由于采用了中洞法施工，頂梁及部分拱頂在中洞開挖結束、作了底梁和鋼管柱砼后，即進行施作。因頂梁和拱頂是一個整體，不能分割，因此，必須橫向整體、縱向分段澆筑，分段澆筑的長度為第一環(huán)8m，以后每環(huán)6.8m；其橫斷面和縱斷面的形狀和尺寸如圖2所示（長度為第一環(huán)長度）；澆筑的結構為C30抗?jié)B鋼筋砼。

四、淺埋暗挖法隧道施工地面沉降控制措施

1、對土體特性進行改善

利用局部加固處理隧道開挖周邊外土體，不僅能夠促使隧道開挖后形成自然拱，還能夠?qū)ν馏w的特性進行改善，使得其往好的方面轉(zhuǎn)化。此外，進行深層注漿及超前注漿不僅能夠加固土體，還能夠改善土體的性質(zhì)。可以針對土體的性質(zhì)壓注純水泥漿或雙液漿，必要情況也可以壓注化學漿液，還可以采取其它的改善特性的措施。

2、開挖控制

控制開挖產(chǎn)生沉降的方法包括隧道自身措施及地層處理技術。隧道自身措施包括在隧道施工過程中，所有在隧道內(nèi)采取的用來減小地層沉降的措施。地層處理措施包括所有通過提高或改變地層響應，而減小或改變隧道施工產(chǎn)生的地層運動的方法。

3、超前小導管注漿控制

超前小導管注漿加固地層技術，是通過沿隧道開挖輪廓線外縱向向前傾斜鉆孔安設注漿管，并注入漿液，以實現(xiàn)超前加固圍巖和止水的目標，此外，小導管還能夠起到超前管棚預支護作用。

4、適度排放地下水

在確保工作面能夠穩(wěn)定正常開挖的情況下，要最大程度降低或限制地下水的抽排。可針對具體情況選擇止水帷幕或旋噴樁等阻斷地下滲水通道，地表或洞內(nèi)注漿措施封堵部分地下水。進行地表或洞內(nèi)降排水過程中，要最大程度縮短抽排時間。在掌子面開挖過后及時采取開挖周邊和掌子面注漿、噴硅等措施穩(wěn)定工作面，然后及時停止排水。要針對具體地層條件，對小導管、格柵支護參數(shù)以及注漿參數(shù)及時進行調(diào)整，保證注漿效果。

五、淺埋暗挖施工技術的安全控制要點

1、防止土石方坍塌

在地鐵車站的施工過程中，施工單位務必要將地質(zhì)超前預報做好，定期總結、定期匯報；同時，要制定出周全、詳細的施工方案、地質(zhì)勘察報告及地質(zhì)剖面詳圖，務必要確保不會出現(xiàn)土石方坍塌的事故。此外，為了對圍巖體的變化趨勢進行及時預測，要做好掌子面量測工作。

2、避免出現(xiàn)模板倒塌事故

要嚴格基于國家規(guī)范要求，并結合操作流程、專項施工方案來完成模板工程的拆除、安裝作業(yè)施工，模板及其支撐材料的材質(zhì)務必要符合施工強度、剛度，確保其位置、形狀、尺寸的正確性。為了避免在受力后模板出現(xiàn)下沉或變形，支撐模板的基礎應有較大的支撐面積、且堅實。同時，應該將臨時固定設施設置在支撐系統(tǒng)工程及安裝模板中，避免模板傾覆。值得注意的是，為了確保施工過程保質(zhì)保量，務必要在上一道工序驗收合格之后再進行下一道工序施工。

3、避免出現(xiàn)觸電事故

務必要統(tǒng)一設計、統(tǒng)一規(guī)劃施工現(xiàn)場的用電，制定完善的觸電事故應急預案及臨時用電施工方案。同時，做好施工現(xiàn)場用電安全宣傳，提高安全用電意識，用電安全提示標識也必須要做好。此外，地鐵車站的施工現(xiàn)場不可采用4+1的電纜方式，要設置專用的保護零線，采用TN-S用電系統(tǒng)，配電系統(tǒng)要設置開關箱、分配電箱、總配電箱。

結束語

我國土壤結構豐富，在地鐵的建造過程中施工設計及技術處理要嚴格與地質(zhì)結構相結合，這樣才符合我國以人為本的基本國策，地鐵的質(zhì)量是人們生命及財產(chǎn)安全的保障，是所有施工單位首要考慮的基本問題。

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